毕业设计论文论多层框架结构房屋设计

1、学校代码: 学号：10128 成人高等教育 本科（专科）毕业设计（论文） 题 目 学 院 专 业 姓 名 指导教师 二一二年一月论设计摘要本设计主要进行了钢筋混凝土多层框架结构房屋的设计，具有良好的抗震性能，结构设计中只要经过抗震计算并采取妥善的抗震构造措施，在一般烈度区建造多层框架房屋是可以保证安全的。 结构方案中横向框架6轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了荷载代表值的计算,接着利用经验公式法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力， 是找出最不利的

2、一组或几组内力组合。 选取最不安全的结果计算配筋并绘图。文中阐述了多层钢筋混凝土结构及机构布置。关键词： 框架 结构设计 抗震设计 朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容目 录111233344556814161719222323242424242728292929303030313334351. 结构布置 钢筋混凝土多层框架结构房屋具有良好的抗震性能，结构设计中只要经过抗震计算并采取妥善的抗震构造措施，在一般烈度区建造多层框架房屋是可以保证安全的。文中阐述了多层框架钢筋混凝土房屋的设计步骤及计算。1.1框架结构的结构布置 1.2框架结构的计算简图无地下室的钢筋混凝土多层框架房

3、屋,独立基础埋置较深,在0.05m左右设有基础拉梁时,应将基础拉梁按层1输入。该项目为6层钢筋混凝土框架结构,丙类建筑,建筑场地为ll类:层高33m,基础埋深4.0m 基础高度0.8m,室内外高差0.45m。根据抗震规范第6.12条,在8度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算,首层层高取3.35m,即假定框架房屋嵌固在0.05m处的基础拉梁顶面基础拉梁的断面和配筋按构造设计。 工程设计经验表明, 这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算,即将基础拉梁层按层1输入,拉梁上如作用有荷载,应将荷载一并输入。 这样,计算剪力的首层层高为H1-40.80.05=3.15m,层2层

4、高为3.35m,层3、4层高为3.3m。根据抗震规范第条,框架柱底层柱脚弯矩设计值应乘以增大系数1.25。当设拉梁层时,一般情况下,要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用,对这样的计算简图,在电算程序总信息输入中,可填写地下室层数为1,并复算一次,按两计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。1.3梁、柱截面尺寸的初步确定 梁、柱的截面尺寸的选择是框架结构设计的前提,除应满足规范所要求的取值范围,还应注意尽可能使柱的线刚度与梁的线刚度的比值大于1,以达到在罕遇地震作用下,梁端形成塑性铰时,柱端处于非弹性工作状态而没有屈服,节点仍处于弹性

5、工作阶段的目的,即规范所要求的“强柱弱梁强节点”。 柱截面尺寸估算：由轴向力公式初估：=。：分项系数1.25；：柱单位面积自重，近似取12 kN/m2；：单位柱截面负载面积；：柱截面以上层数；：考虑角柱影响系数，对一、二级框架取1.3；：水平力使轴力增大系数与抗震设防烈度有关：8度设防区取=1.1。则：=1.2512S51.31.1=107.25S；S=(51.615.6)/60=13.416。则=107.2513.416=1438.866。所以轴力设计值：=1.1 =1.11438.866=1582.75262.框架刚度的计算框架的线刚度计算取楼层中间的一榀框架进行计算。框架的计算单元如图

6、2，绘出框架计算简图。图2框架计算简图框架梁、柱的混凝土强度等级为C30，计算梁的截面惯性矩2：2.1计算简图中框架iab0.65边框架iab0.048ibd1.60ibd1.20i21.08i21.083i30.44i30.442.2一榀框架刚度计算横梁、刚度的计算h5007005007002柱线刚度的计算 框架梁、柱的混凝土强度等级为C30，计算梁的截面惯性矩2：h50070050070023.重力荷载代表值的计算3.1计算简图墙体为240mm厚空心砖，外墙面瓷砖（0.5 kN/m2），内墙面20mm厚抹灰，外墙单位面积墙体重量为：0.24×15+0.02×17+0.5

7、=4.44 kN/m2。 内墙240mm厚空心砖，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积上墙体重量为：0.24×15+17×2×0.2=4.28 kN/m2。底层外墙： (3.9-0.6)×(4.9-0.5)×23+(6.6-0.6)×(4.9-0.7)×4+(2.4-0.6)×（4.9-0.4）×4-(2.4×1.5×17+1.8×1.5×2+1.2×1.5×2+1.5×2.1×2+3×2.1×2)

8、15; 4.44=1678.586底层内墙： (3.9-0.6)×(4.9-0.5)×17+(2.4-0.6)×(4.9-0.4)×2+(6.6-0.6)×(4.9-0.7)×23-1.2×2.1×19×4.28=3401.573其它层外墙： (3.9-0.6)×(4.9-0.5)×24+(2.4-0.6)×(4.9-0.4)×4+(6.6-0.6)×(4.9-0.7)×4-(2.4×1.5×19+1.8×1.5&#

9、215;2+1.2×1.5×4)×4.44=1779.019其它层内墙： (3.9-0.6)×(4.9-0.5)×20+(2.4-0.6)×(4.9-0.4)×2+(6.6-0.6)×(4.9-0.7)×23-1.2×2.1×20-3×2.1×2×4.28=3523.296塑钢窗为0.4 kN/m2；木门为0.2 kN/m2。底层门自重： (1.2×2.1×15+1.5×2.1×2+3×2.1×2

10、)×0.2=11.34底层窗自重： (2.4×1.5×17+1.8×1.5×2+1.2×1.5×2)×0.4=28.08一般层门自重: (1.2×2.1×16+3×2.1×2)×0.2=10.584一般层窗自重： (2.4×1.5×19+1.8×1.5×2+1.2×1.5×4)×0.4=32.4阁楼墙体自重： (7.8-0.6)×(3.3-0.5)×2+(6.6-0.6)

11、15;(3.3-0.7)×2-1.2×2.1-0.5×2.4×1.5×4.44=298.368。屋面女儿墙自重：强高300mm，栏杆1100mm；为计算简便，且栏杆的自重可乎略，所以只计算女儿墙自重。 (51.6-0.6)×0.3+(31.2-0.6)×0.3+2×(15.6-0.6)×0.3×4.44=148.6512 荷载分层总汇顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载，50%屋面雪荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50%楼面均布荷载，纵、横梁自重，楼

12、面上下各半层的柱及纵、横墙体自重。3.2重力荷载代表值的计算分项荷载相加得集中于各层楼面得重力荷载代表值如下：G7(塔楼)= (7.8+0.6)×(6.6+0.6)×4.84+0.5×(7.8+0.6)×(6.6+0.6)×0.25+4×12.375+3×31.5+0.5×6×29.7+0.5×298.368+(1.2×2.1×0.2+2.4×1.5×0.4)×0.5=683.5392(KN)G6= 4092.9+0.5×1902.69

13、+(48×12.375+30×31.5+23×5.4)+60×29.7×0.5+0.5×(298.368+1779.019+3523.296)+148.6512+(1.2×2.1×0.2+2.4×1.5×0.4)×0.5+(10.584+32.4)×0.5=10569.9(KN)G5= 3002.03+0.5×1902.69+(48×12.375+30×31.5+23×5.4)+60×29.7×0.5×2+

14、2×0.5×(1779.019+3523.296)+2×0.5×(10.584+32.4)=12743.87(KN)=G4=G3=G2G1= 3002.03+0.5×1902.69+60×44.1×0.5×2+0.5×(1678.586+3401.573)×2+0.5×(11.34+28.08)+(48×12.375+30×31.5+23×5.4)=13362.44(KN)质点重力荷载值见下图：3.3竖向荷载作用下框架结构的内力计算因为楼板为整体现浇，本板

15、选用双向板，可沿四角点沿45°线将区格分为小块，每个板上的荷载传给与之相邻的梁，板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载。3.4横向水平地震荷载作用下框架的计算横向自振周期的计算水平地震作用及楼层地震剪力的计算 周期、地震力与振型输出文件(VSS求解器)考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数 振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数 1 1.0234 89.93 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 2 1.0065 179.92 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00 3 0.9504 59.38 0.00 ( 0.00

16、+0.00 ) 1.00 4 0.2824 89.68 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 5 0.2782 179.61 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00 6 0.2619 27.70 0.00 ( 0.00+0.00 ) 1.00地震作用最大的方向 = 89.973 (度)仅考虑 X 向地震作用时的地震力 Floor : 层号 Tower : 塔号 F-x-x : X 方向的耦联地震力在 X 方向的分量 F-x-y : X 方向的耦联地震力在 Y 方向的分量 F-x-t : X 方向的耦联地震力的扭矩 振型 1 的地震力 - Floor Tower F-x-x F

17、-x-y F-x-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 0.00 1.23 -0.44 2 1 0.00 1.16 -0.41 1 1 0.00 0.89 -0.32振型 2 的地震力 - Floor Tower F-x-x F-x-y F-x-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 1059.66 -1.49 -236.39 2 1 1007.14 -1.38 -206.06 1 1 782.05 -1.04 -151.47振型 3 的地震力 - Floor Tower F-x-x F-x-y F-x-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 0.14 0.27 234.7

18、9 2 1 0.15 0.21 213.90 1 1 0.07 0.13 165.21振型 4 的地震力 - Floor Tower F-x-x F-x-y F-x-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 -0.01 -1.87 0.96 2 1 0.00 0.44 -0.10 1 1 0.01 2.30 -1.01振型 5 的地震力 - Floor Tower F-x-x F-x-y F-x-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 -327.62 2.24 294.24 2 1 74.52 -0.58 -57.74 1 1 402.19 -2.69 -347.10振型 6 的地震

19、力 - Floor Tower F-x-x F-x-y F-x-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 -0.71 -0.37 -269.68 2 1 0.20 0.14 66.09 1 1 0.79 0.40 326.00各振型作用下 X 方向的基底剪力 - 振型号 剪力(kN) 1 0.00 2 2848.84 3 0.36 4 0.00 5 149.09 6 0.29 各层 X 方向的作用力(CQC) Floor : 层号 Tower : 塔号 Fx : X 向地震作用下结构的地震反应力 Vx : X 向地震作用下结构的楼层剪力 Mx : X 向地震作用下结构的弯矩 Static

20、Fx: 静力法 X 向的地震力 Floor Tower Fx Vx (分塔剪重比) (整层剪重比) Mx Static Fx (kN) (kN) (kN-m) (kN) 3 1 1108.05 1108.05( 5.17%) ( 5.17%) 3988.98 1717.05 2 1 1010.34 2081.41( 4.67%) ( 4.67%) 11440.60 1137.64 1 1 881.27 2853.67( 4.14%) ( 4.14%) 27519.12 733.22抗震规范()条要求的X向楼层最小剪重比 = 1.60% X 方向的有效质量系数: 99.79%仅考虑 Y 向地震时

21、的地震力 Floor : 层号 Tower : 塔号 F-y-x : Y 方向的耦联地震力在 X 方向的分量 F-y-y : Y 方向的耦联地震力在 Y 方向的分量 F-y-t : Y 方向的耦联地震力的扭矩振型 1 的地震力 - Floor Tower F-y-x F-y-y F-y-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 1.21 1047.01 -379.26 2 1 1.12 991.71 -349.28 1 1 0.95 761.45 -270.77振型 2 的地震力 - Floor Tower F-y-x F-y-y F-y-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 -1

22、.46 0.00 0.32 2 1 -1.38 0.00 0.28 1 1 -1.07 0.00 0.21 振型 3 的地震力 - Floor Tower F-y-x F-y-y F-y-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 0.24 0.45 398.31 2 1 0.26 0.36 362.87 1 1 0.11 0.23 280.27振型 4 的地震力 - Floor Tower F-y-x F-y-y F-y-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 -1.88 -337.02 172.89 2 1 0.41 79.97 -17.89 1 1 2.35 415.69 -18

23、2.49 振型 5 的地震力 - Floor Tower F-y-x F-y-y F-y-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 2.28 -0.02 -2.05 2 1 -0.52 0.00 0.40 1 1 -2.80 0.02 2.41 振型 6 的地震力 - Floor Tower F-y-x F-y-y F-y-t (kN) (kN) (kN-m) 3 1 -0.41 -0.22 -155.05 2 1 0.12 0.08 38.00 1 1 0.45 0.23 187.43各振型作用下 Y 方向的基底剪力 - 振型号 剪力(kN) 1 2800.17 2 0.01 3 1.0

24、4 4 158.64 5 0.01 6 0.09各层 Y 方向的作用力(CQC) Floor : 层号 Tower : 塔号 Fy : Y 向地震作用下结构的地震反应力 Vy : Y 向地震作用下结构的楼层剪力 My : Y 向地震作用下结构的弯矩 Static Fy: 静力法 Y 向的地震力3.5水平地震作用下的位移验算横梁线刚度混凝土C35，=3.15×kN/m2。在框架结构中，现浇楼面预制楼板，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减小框架侧移。为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面边框架取I=1.5(为梁的截面惯性矩)；对中框架取I=2.0。梁线刚度计算过程

25、见表2-4；柱线刚度计算过程见表2-5。2-4横梁线刚度计算表(kN/m2) 2-5 柱线刚度计算表(kN/m2) kN 3.6水平地震作用下框架内力计算4.恒荷载作用下框架结构的内力计算恒荷载作用下框架可按下面公式求得： 故： 恒荷载作用下框架的受荷简图如图6-3所示:4.1竖向荷载作用下的内力计算因为楼板为整体现浇，本板选用双向板，可沿四角点沿45°线将区格分为小块，每个板上的荷载传给与之相邻的梁，板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载。图6-2 框架结构计算单元等效荷载- Floor Tower Fy Vy (分塔剪重比) (整层剪重比) My Static Fy (kN

26、) (kN) (kN-m) (kN) (注意:下面分塔输出的剪重比不适合于上连多塔结构) 3 1 1098.85 1098.85( 5.12%) ( 5.12%) 3955.88 1693.76 2 1 995.52 2054.30( 4.61%) ( 4.61%) 11306.64 1119.21 1 1 869.31 2806.03( 4.07%) ( 4.07%) 27099.28 721.34 抗震规范()条要求的Y向楼层最小剪重比 = 1.60% Y 方向的有效质量系数: 99.77% =各楼层地震剪力系数调整情况 抗震规范()验算= 层号 塔号 X向调整系数 Y向调整系数 1 1

27、1.000 1.000 2 1 1.000 1.000 3 1 1.000 1.000 4.2水平荷载作用下的内力计算根据梁，柱相对线刚度，算出各节点的弯矩分配系数: 分配系数如图65 , 图66所示：图6-5 B柱弯矩各层分配系数简图B柱：底层： 标准层： 顶层： 图66 C柱弯矩各层分配系数简图C柱： 标准层：顶层： 三.恒荷载作用下的弯矩剪力计算，根据简图（64）梁： （64） 柱： （65）四.恒荷载作用下的边跨框架的轴力计算，包括连梁传来的荷载及柱自重. 恒荷载作用下的中跨框架的轴力计算： 图65 恒荷载作用下的计算简图5.内力组合内力组合把各种工况下的结构（各构件）的内力按一定规律

28、（叠加或组合），找出各构件的最不利内力以供构件的设计计算。 下面我具体的解释下 内力组合是各种公况下求不利内力的问题，譬如对框架柱分别进行最大轴力下最大弯矩、最小弯矩；最小轴力下最大弯矩、最小弯矩等。其目的就是为了找出各构件的最不利内力。 因为在结构设计的时候，从上面提到的最大内力出发。我们知道内力有多种，比如弯矩、轴力、剪力等。因此在设计时应根据截面控制的需要选择最不利的控制内力。 框架结构各控制截面的最不利内力组合 梁端截面：Mmax、Mmax、Vmax； 梁跨中截面：Mmax 柱端截面：|M|max及相应的N、V（相应的N取小值） Nmax及相应的M、V（相应的M取小值） Nmin及相应

29、的M、V(相应的M取大值) 5.1横向框架梁的内力组合同恒载作用下用弯矩分配法计算框架内力，折减系数为1/2，各节点分配两次即可。活荷载作用下框架内力如表62所示：活荷载作用下框架的内力计算一.梁端的固端弯矩可按下面的方法求得； 故： 5.2框架柱的内力组合梁柱自重：r=25，梁的净长度=定位轴线间距-柱截面宽度。 6.框架6.梁、柱截面设计6.1框架梁的截面设计梁柱截面确定初估截面尺寸 主梁为(1/121/8)×L=h；（1/31/2)×h=b。 L-梁的跨度； h-梁截面的高度； b-梁截面宽度。L1：6600/126600/8=550825取h=700 ；700/37

30、00/2=234350取b=300所以 L1： b×h=300mm×700mm L2： b×h=300mm×400mm L3： b×h=300mm×500mm6.2框架柱的截面设计柱截面面积：=1582.7526×/（0.8×16.7）=118469.506柱高度： 344mm=0.344m所以取柱截面为正方形，则h=600mm；b=600。为计算简便一并取一六层柱截面均为：h=b=600mm。7.现浇整体式屋面板和楼面板的设计屋面板传荷载：恒载：活载：楼面板传荷载：恒载：活载：梁自重：3.95KN/mBC, (D

31、E)轴间框架梁均布荷载为：屋 面 梁：恒载梁自重板传荷载17.128 KN/m+3.95 KN/m=21.103 KN/m 活载板传荷载5.625 KN/m楼面板传荷载：恒载梁自重板传荷载3.95 KN/m+10.772 KN/m=14.747 KN/m 活载板传荷载5.625 KN/m CD轴间框架梁：屋面板传荷载：恒载：活载：楼面板传荷载：恒载：活载：梁自重：3.95KN/mCD轴间框架梁均布荷载为：屋 面 梁：恒载梁自重板传荷载2.349 KN/m+9.135 KN/m=11.484 KN/m 活载板传荷载3 KN/m楼面板传荷载：恒载梁自重板传荷载2.349 KN/m+5.745KN/

32、m=8.09KN/m 活载板传荷载3.75 KN/mB轴柱纵向集中荷载计算： 顶层柱：女儿墙自重：（做法：墙高900,100的混凝土压顶）顶层柱恒载女儿墙梁自重板传荷载顶层柱活载板传荷载标准层柱恒载墙自重梁自重板荷载=标准层柱活载板传荷载基础顶面荷载底层外纵墙自重基础自重四.C柱纵向集中力计算：顶层柱荷载梁自重板传梁荷载顶层柱活载=板传荷载标准柱恒载=墙梁自重板传荷载标准层活载板传荷载基础顶面恒载=底层外纵墙自重基础自重框架柱自重：柱自重： 底层：1.2×0.6m×0.6m×25×4.55m=49.14KN 其余柱：1.2×0.6m×

33、0.6m×25×3.6m=38.88KN8.现浇梁式楼梯的设计如果是梁式楼梯踏步板，取板净跨度1/3035即可，配筋办法同单向板，踏步立板厚度和配筋按构造就行。把板自重和设计活荷载相加后计算踏步板的配筋。注意如踏步两侧均为楼梯梁时，板两端应按固接计算；如一端嵌入墙内时，嵌入墙内一端按简支计算。9.柱下扩展基础设计节点号= 1 位置: C30.0 fak(kPa)= 180.0 q(m)= 2.10 Pt= 48.0 kPa fy=210 mPa Load Mx'(kN-m) My'(kN-m) N(kN) Pmax(kPa) Pmin(kPa) fa(kPa

34、) S(mm) B(mm) 532 43.13 -64.57 1095.41 270.94 184.90 228.00 2467 2467( 2 0.00 0.00 240.00) ( 3 0.00 0.00 270.00) 柱下独立基础冲切计算： at(mm) load 方向 p_(kPa) 冲切力(kN) 抗力(kN) H(mm) 500. 731 X+ 215. 263.1 274.7 380. 500. 731 X- 261. 307.9 322.9 420. 500. 731 Y+ 220. 269.2 274.7 380. 500. 731 Y- 251. 298.4 310.5

35、410. 1500. 2 X+ 38. 28.9 248.2 200. 1500. 2 X- 38. 28.9 248.2 200. 1500. 2 Y+ 38. 28.9 248.2 200. 1500. 2 Y- 38. 28.9 248.2 200. 基础各阶尺寸: No: S B H 1 2500 2500 300 2 1500 1500 3009.1地基承载力的确定地基承载力是指地基土单位面积上所能承受的荷载，通常把地基土单位面积上所能承受的最大荷载称为极限荷载或极限承载力。9.2基底反力计算针对目前高层建筑箱型基础基底反力计算所存在的问题,在弹性地基理论的基础上对地基土的压缩模量进行了非线性修正,并对地基沉降进行几何平面调整处理,提出了基底反力的迭代计算方法.该方法能对任意平面形状的箱型基础进行基底反力、沉降量和整体倾斜量计算,并且能同时考虑相